avaliação experimental da unidade isolam w180 e …...figura 1: unidade isolam w180. vista geral e...

Avaliação experimental da unidade ISOLAM W180 e modelação

numérica dos painéis CRIPTOLAM F210 e ISOLAM R230

O presente trabalho foi realizado por solicitação de:

Rusticasa – Construções em madeira

TecMinho

Universidade do Minho

4800-058 Guimarães – Portugal

Tel.: +351 253 510 590

Fax: +351 253 510 591

A v a l i a ç ã o e x p e r i m e n t a l d a u n i d a d e I S O L A M W 1 8 0 e m o d e l a ç ã o n u m é r i c a d o s p a i n é i s C R I P T O L A M F 2 1 0 e I S O L A M R 2 3 0 2/28

Índice 1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 3

2. CAMPANHA EXPERIMENTAL ............................................................................................................... 3

2.1. RESISTÊNCIA AO CORTE DA MADEIRA DE CRIPTOMÉRIA ................................................................................... 4

2.2. LIGAÇÃO COLADA ................................................................................................................................... 5

2.3. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO NO PLANO DO ISOLAM W180 ......................................................................... 6

2.3.1. CARGA APLICADA NO ELEMENTO SUPERIOR DE MADEIRA. ............................................................................ 6

2.3.2. CARGA UNIFORMEMENTE APLICADA NO TOPO DA UNIDADE ISOLAM W180 ................................................. 7

2.3.3. CARGA UNIFORMEMENTE APLICADA NO TOPO DE DUAS UNIDADES ISOLAM W180 SOBREPOSTAS..................... 8

3. MODELAÇÃO NUMÉRICA .................................................................................................................... 8

3.1. CRIPTOLAM F210 ............................................................................................................................. 11

3.2. ISOLAM R230 ................................................................................................................................... 12

4. RESULTADOS ..................................................................................................................................... 13

4.1. CAMPANHA EXPERIMENTAL .................................................................................................................... 13

4.2. MODELAÇÃO NUMÉRICA ........................................................................................................................ 18

5. VERIFICAÇÕES ADICIONAIS................................................................................................................ 24

6. CONCLUSÕES ..................................................................................................................................... 26


1. Introdução

A empresa Rusticasa – Construções em madeira solicitou à Universidade do Minho a realização de

uma campanha experimental para análise da unidade ISOLAM W180, de forma a criar um novo

sistema construtivo de parede. O novo sistema desenvolvido pela empresa prevê a melhoria do

comportamento térmico através do enchimento da secção oca com cortiça e a ligação vertical

sobreposta denteada entre elementos internos. Por outro lado, foi também facultada a realização da

modelação numérica dos painéis CRIPTOLAM F210 e ISOLAM R230.

Os trabalhos foram efetuados com base nos seguintes elementos:

Norma ASTM D143 — 14 Standard Test Methods for Small Clear Specimens of Timber;

Norma EN 408:2010 Timber structures — Structural timber and glued laminated timber —

Determination of some physical and mechanical properties;

Eurocódigo 1 – Ações em estruturas – Parte 1-1: Ações gerais – Pesos volúmicos, pesos

próprios, sobrecargas em edifícios;

Eurocode 5 – Design of timber structures – Part 1-1: General – Common rules and rules for

buildings;

Peças desenhadas ISOLAM W180, CRIPTOLAM F210 e ISOLAM R230.

Numa primeira fase, foram analisadas as várias ligações ao corte constituintes do sistema, e de

seguida, a avaliação da resistência à compressão de uma unidade e duas unidades sobrepostas,

para avaliação do comportamento da ligação prevista denteada. Para tal, e como este sistema prevê

uma camada interior de aglomerado de cortiça expandida (ICB), foi avaliada o efeito da sua

presença em termos mecânicos.

Terminada a campanha experimental, procedeu-se então à modelação dos painéis, CRIPTOLAM

F210 e ISOLAM R230, através de um software de cálculo automático baseado nos modelos de

elementos finitos.

Por fim, efetuada a campanha experimental e a modelação numérica foi ainda solicitada pela

empresa, a realização da avaliação de segurança da cantoneira metálica de suporte à laje

CRIPTOLAM F210 e a validação de um apoio de uma viga de cumeeira nas paredes interiores W90

e exteriores W180.

2. Campanha experimental

As paredes do sistema construtivo proposto pela empresa Rusticasa consiste num elemento

individual de secção oca, similar a um tronco, que resulta da colagem de quatro elementos de

madeira Criptoméria (Cryptomeria japonica). Este elemento oco de madeira é preenchido por ICB

(Insulation Cork Board), cortiça, o que resulta na melhoria das propriedades térmicas (capacidade

isolamento) das paredes e, por outro lado, na redução da quantidade de madeira necessária (ver

Figura 1). A solução final é constituída por elementos de madeira com 40 mm de espessura em todo


o seu perímetro, em que a sobreposição (na vertical) das várias unidades é materializada por uma

ligação denteada, como ilustra a Figura 1.

Figura 1: Unidade ISOLAM W180. Vista geral e pormenor da ligação denteada idealizada para a

sobreposição na vertical das unidades.

Para avaliação mecânica da unidade ISOLAM W180 definiu-se como necessários os seguintes

ensaios:

1. Avaliação da resistência ao corte da madeira de criptoméria, uma vez que o comportamento

das ligações coladas é função desta propriedade;

2. Avaliação da resistência ao corte da ligação colada, madeira-madeira, uma vez que

subsistem dúvidas sobre a sua eficiência;

3. Avaliação da resistência à compressão no plano do ISOLAM W180, assumindo duas

situações de aplicação de carga: aplicada apenas no elemento de madeira do topo e

uniformemente distribuída aplicada sobre o mesmo elemento;

4. Avaliação da resistência à compressão no plano de duas unidades ISOLAM W180 para

aferição do comportamento da ligação denteada.

Nos ensaios das unidades ISOLAM W180, foram ainda avaliados os eventuais efeitos da presença

do ICB no interior destes elementos, tendo sido realizados ensaios com e sem ICB para efeitos de

comparação.

2.1. Resistência ao corte da madeira de criptoméria

Numa primeira fase foi quantificada a resistência ao corte da madeira de criptoméria. Esta

propriedade mecânica é importante na avaliação das ligações coladas que constituem a unidade

ISOLAM W180. E, no caso da espécie de madeira (Cryptomeria japónica) proveniente dos Açores,

os resultados disponíveis na bibliografia são escassos, pelo que se decidiu avançar para a

quantificação desta propriedade através de ensaios de corte segundo a norma ASTM D143.

Os esquemas de ensaios e a geometria dos provetes utilizados obedecem ao definido pela ASTM

D143. Nos ensaios utilizou-se um atuador com uma capacidade máxima de 200kN sob uma

velocidade de aplicação da carga de 0.01mm/s. No total foram analisados 10 provetes, com a

geometria da Figura 2.


Figura 2: Geometria dos provetes e setup utilizado nos ensaios para avaliação da resistência ao

corte da madeira (provetes SC).

2.2. Ligação colada

A ligação colada madeira-madeira foi analisada através de dois diferentes ensaios. Por um lado,

utilizou-se um esquema semelhante aos ensaios anteriores, avaliando a junta colada através de um

ensaio de corte paralelo, tal como definido pelo Anexo D da EN 14080, que aqui se designou por

ligação colada CC. Na Figura 3 apresenta-se a geometria dos 10 provetes ensaiados.

Figura 3: Geometria dos provetes da ligação colada (provetes CC).

Por outro lado, consideraram-se ainda ensaios de corte da ligação colada através da aplicação de

uma força de compressão, usando o esquema de ensaio designado por push-out. Decidiu-se usar

este esquema de ensaio uma vez que já foi empregue na avaliação de ligações coladas produzidas

pela Rusticasa (Barros, B.M.V. (2010), Avaliação experimental de ligações coladas e

aparafusadas em estruturas de madeira, Universidade do Minho, Dissertação de Mestrado em

Engenharia Civil, Guimarães.). Foram ensaiados 10 provetes com a geometria e o setup

apresentado na Figura 4.

Figura 4: Geometria dos provetes da ligação colada ACC e setup utilizado (provetes ACC).


2.3. Resistência à compressão no plano do ISOLAM W180

Realizados os ensaios ao corte, precedeu-se então aos ensaios para avaliação da capacidade

resistente a cargas verticais no plano da unidade ISOLAM W180. Sendo a solução final constituída

por um material isolante, ICB (cortiça), no interior da secção, foi verificada a influência da

incorporação deste material no interior da unidade ISOLAM W180 realizando ensaios com e sem

preenchimento de cortiça.

A carga foi aplicada por intermédio de um atuador cuja capacidade máxima é de 200kN, adotando

uma velocidade de carregamento de 0.02 mm/s, garantindo que a força máxima era atingida no

intervalo de 180 a 420 segundos, conforme estipulado pela EN 408:2010. De seguida apresentam-

se os provetes adotados para os ensaios da unidade ISOLAM W180 e aqueles adotados para avaliar

a influência da ligação denteada. Em ambos os casos, foram considerados provetes com e sem

preenchimento de cortiça.

2.3.1. Carga aplicada no elemento superior de madeira.

A situação extrema, mais desfavorável, na avaliação da resistência à compressão no plano da

unidade ISOLAM W180 é aquela que compreende a aplicação da carga apenas no elemento de

madeira de topo da unidade. Nesta situação, a capacidade resistente é proporcional ao menor valor

entre a resistência ao corte do elemento de madeira de topo e a resistência ao corte da ligação

colada. Esta situação limite é pouco provável uma vez que no sistema construtivo a transmissão

das cargas na vertical, através das unidades ISOLAM W180, passará também pelos elementos de

madeira laterais que constituem as unidades. Por outro lado, este ensaio, com a aplicação da carga

apenas no elemento de madeira do topo, afere diretamente a estabilidade mecânica da unidade

ISOLAM W180 e, em particular, das suas ligações coladas.

Foram ensaiados 6 provetes com (CP_CC) e sem (CP_SC) preenchimento de cortiça, utilizando

uma barra metálica rígida para aplicação da carga apenas no elemento de madeira de topo. A

geometria bem como o setup utilizado são apresentados na Figura 5.


Figura 5: Geometria dos provetes e esquema de ensaio utilizado (provetes CP_SC e CP_CC).

2.3.2. Carga uniformemente aplicada no topo da unidade ISOLAM W180

Estes provetes são em tudo semelhantes aos anteriores, sendo a única diferença a área de

aplicação da carga. Agora, todo a superfície de topo, incluindo as espessuras dos dois elementos

de madeira laterais que formam a unidade ISOLAM W180, é submetida ao carregamento vertical à

compressão. Para a aplicação da carga utilizou-se uma barra rígida em toda a área da face superior

da unidade (ver Figura 6). Também nestes ensaios foi avaliada a influência do preenchimento com

cortiça, adotando para cada um dos casos, com (CD_CC) e sem (CD_SC) preenchimento com

cortiça, 6 provetes. A geometria dos provetes e o setup utilizado nos ensaios são apresentados na

Figura 6.

Figura 6: Geometria dos provetes e esquema de ensaio utilizado (provetes CD_SC e CD_CC).


2.3.3. Carga uniformemente aplicada no topo de duas unidades ISOLAM W180 sobrepostas

De forma a avaliar o efeito da ligação denteada que materializa a ligação na vertical de duas

unidades de ISOLAM W180, foram ainda ensaiados provetes constituídos por duas unidades

sobrepostas. Tal como nos ensaios anteriores, foi ainda aferida a influência do preenchimento com

cortiça. Deste modo, foram considerados 6 provetes sem (CD_DSC) e com (CD_DCC) cortiça nos

ensaios de compressão no plano considerando a carga aplicada em todo o topo (face) superior da

unidade superior. Na Figura 7 apresenta-se a geometria dos provetes utilizados nestes ensaios.

Figura 7: Geometria dos provetes CD_DSC e CD_DCC.

3. Modelação numérica

A modelação numérica recorrendo ao método de elementos finitos analisou dois elementos

essências no sistema construtivo em causa: o painel CRIPTOLAM F210 e o painel ISOLAM R230.

O primeiro materializa os pavimentos enquanto o segundo é utilizado nas coberturas.

A modelação numérica teve por base as peças desenhadas fornecidas pela empresa que se

apresentam nas Figura 8 e Figura 9.


Figura 8: Painel de piso CRIPTOLAM F210


Figura 9: Painel de cobertura ISOLAM R230


A modelação numérica foi realizada com recurso a um software de cálculo automático, RFEM, no

qual foram admitidas secções padrão disponibilizadas pelo software. Na análise estrutural

considerou-se que os painéis são simplesmente apoiados, não havendo deste modo momentos

fletores negativos nestes elementos.

As ações consideradas dividem-se em ações permanentes e variáveis, que dependem do painel em

análise em resultado das suas diferentes utilizações.

No caso do painel CRIPTOLAM F210:

Carga permanente: 35 kg/m2 (revestimento para além do peso próprio do painel);

Carga permanente: 50 kg/m2 (correspondente às paredes divisórias);

Sobrecarga: 200 kg/m2 (admitindo uma utilização de habitação).

No caso do painel ISOLAM R230:


Carga permanente: 50 kg/m2 (correspondente às telhas cerâmicas);

Sobrecarga: 40 kg/m2 (admitindo uma cobertura não acessível);

Ação da Neve: 110 kg/m2 (admitindo uma localização comum para trabalhos da empresa

em França).

A nível das combinações de ações adotadas, dizem respeito ao Estados Limite Último de

Resistência e ao Estados Limite de Utilização definidos pelo Eurocódigo 1.

3.1. CRIPTOLAM F210

Tendo por base as peças desenhadas e os ensaios realizados foi admitida uma secção viga padrão

retangular (Dlubal RFEM – secção: T-Rectangle 500/190) com uma classificação de resistência C14.

Dessa forma, a secção admitida apresenta uma redução da secção final esperada, tendo como

principal fator da sua simplificação, as fragilidades do painel na zona inferior. A geometria adotada

no caso de um pavimento com 6 metros é ilustrada na Figura 10.


Figura 10: Geometria do modelo de um pavimento de 6 metros com painéis CRIPTOLAM F210.

3.2. ISOLAM R230

Relativamente ao ISOLAM R230, também com base nas peças desenhadas, foi admitida uma

secção viga padrão retangular oca (Dlubal RFEM – secção: HSH 230/200/30/25/40), em que foi

definida como um elemento híbrido para classificação de cada tipo de material existente. Como a

secção superior apresenta diferentes materiais e o software não o permite, houve a necessidade de

se proceder a uma simplificação. Deste modo, foi admitido o material OSB (EN 300 OSB/3) na parte

superior por apresentar menor resistência que a madeira criptoméria (C14) e os restantes elementos

foram classificados como C14. Por outro lado, para a definição dos parafusos horizontais presentes

nos painéis, foram admitidas barras rígidas ao longo do vão de 6 metros para originarem o efeito

esperado. A geometria adotada no caso de uma cobertura com 6 metros é ilustrada na Figura 11.


Figura 11: Geometria do modelo de uma cobertura de 6 metros com painéis ISOLAM R230.

No caso deste painel, importa ainda avaliar a situação em que a cobertura prevê um beiral. Assim,

para além do sistema estrutural correspondente ao painel simplesmente apoiado, foi ainda analisado

a situação em que o painel possui uma consola com 1.0 metro (Figura 12).

Figura 12: Geometria do modelo de uma cobertura de 6,0 metros com a inclusão de 1,0 metro de

consola com painéis ISOLAM R230.

4. Resultados

4.1. Campanha experimental

Os ensaios foram realizados com o intuito de verificação da carga máxima admissível dos provetes

com especial atenção à resposta de todas as ligações. A campanha de ensaios iniciou-se na ordem

como apresenta o presente relatório, e para tal todos os provetes permaneceram na câmara

climática até a realização dos ensaios (T=20°C, RH=60%, MC=12%). Os valores obtidos da força


máxima, tensão resistente e roturas padrão associadas à campanha experimental, estão presentes

nas seguintes tabelas e figuras. Dessa forma, e para uma melhor comparação de resultados foram

agrupados por geometria.

Provetos CC e SC

Tabela 1 – Resultados dos provetes SC e CC

Provete Fmax (kN) fv (MPa) Provete Fmax (kN) fv (MPa) SC1 12.70 5.08 CC1 12.52 5.01 SC2 13.70 5.48 CC2 12.70 5.08 SC3 12.79 5.12 CC3 10.57 4.23 SC4 10.95 4.38 CC4 13.11 5.24 SC5 10.95 4.38 CC5 5.39 2.16 SC6 15.05 6.02 CC6 12.98 5.19 SC7 11.84 4.74 CC7 10.71 4.28 SC8 13.11 7.17 CC8 12.68 5.07 SC9 10.07 4.03 CC9 10.57 4.23 SC10 11.36 4.54 CC10 11.66 4.66 Média 12.25 4.90 Média 11.29 4.52

CoV (%) 11.62 CoV (%) 19.39

∆= 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝑆𝐶 − 𝐶𝐶) 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝑆𝐶) = 7.84%

Figura 13: Rotura padrão dos provetes SC e CC


Provetes ACC

Tabela 2 – Resultados dos provetes ACC

Proveto Fmax (kN) fv (MPa)

ACC1 11.97 5.99 ACC2 11.53 5.77 ACC3 10.85 5.43 ACC4 12.29 6.15 ACC5 12.28 6.14 ACC6 10.40 5.20 ACC7 11.50 5.75 ACC8 12.50 6.25 ACC9 12.53 6.27

ACC10 12.47 6.24 Média 11.83 5.92

CoV (%) 5.97

Figura 14: Rotura padrão dos provetes ACC

Provetes CP_SC e CP_CC

Tabela 3 – Resultados dos provetes CP_SC e CP_CC

Provete Fmax (kN) fv (MPa) Provete Fmax (kN) fv (MPa)

CP_SC1 16.56 1.15 CP_CC1 16.18 1.12 CP_SC2 16.68 1.16 CP_CC2 18.22 1.13 CP_SC3 14.20 0.99 CP_CC3 15.69 1.09 CP_SC4 15.27 1.06 CP_CC4 18.40 1.28 CP_SC5 16.39 1.14 CP_CC5 15.50 1.08 CP_SC6 13.30 0.92 CP_CC6 13.43 0.93

Média 15.40 1.07 Média 16.24 1.13 CoV (%) 8.31 CoV (%) 10.47

∆= 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝐶𝑃_𝐶𝐶 − 𝐶𝑃_𝑆𝐶) 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝐶𝑃_𝐶𝐶) = 5.17%


Figura 15: Rotura padrão dos provetes CP_SC e CP_CC

Provetes CD_SC e CD_CC

Tabela 4 – Resultados dos provetes CD_SC e CD_CC

Provete Fmax (kN) fc,90 (MPa) Provete Fmax (kN) fc,90 (MPa)

CD_SC1 27.54 1.91 CD_CC1 34.13 2.37 CD_SC2 35.31 2.45 CD_CC2 32.48 2.26 CD_SC3 29.20 2.03 CD_CC3 28.88 2.01 CD_SC4 33.02 2.29 CD_CC4 31.78 2.21 CD_SC5 34.64 2.41 CD_CC5 35.47 2.46 CD_SC6 29.23 2.03 CD_CC6 28.92 2.01

Média 31.49 2.19 Média 31.94 2.22

CoV (%) 9.42 CoV (%) 7.67

∆= 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝐶𝐷_𝐶𝐶 − 𝐶𝐷_𝑆𝐶) 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝐶𝐷_𝐶𝐶) = 1.41%


Figura 16: Rotura padrão dos provetes CD_SC e CD_CC

Provetes CD_DSC e CD_DCC

Tabela 5 – Resultados dos provetes CD_DSC e CD_DCC

Provete Fmax (kN) fc,90 (MPa) Provete Fmax (kN) fc,90 (MPa)

CD_DSC1 18.80 1.31 CD_DCC1 25.24 1.75 CD_DSC2 24.11 1.67 CD_DCC2 25.09 1.74 CD_DSC3 15.21 1.06 CD_DCC3 23.72 1.65 CD_DSC4 17.43 1.21 CD_DCC4 23.20 1.61 CD_DSC5 16.09 1.12 CD_DCC5 22.99 1.60 CD_DSC6 17.54 1.22 CD_DCC6 24.76 1.72

Média 18.20 1.26 Média 24.17 1.68

CoV (%) 15.82 CoV (%) 3.73

∆= 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝐶𝐷_𝐷𝐶𝐶 − 𝐶𝐷_𝐷𝑆𝐶) 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑚é𝑑𝑖𝑜(𝐶𝐷_𝐷𝐶𝐶) = 24.70%


Figura 17: Rotura padrão dos provetes CD_DSC e CD_DCC

4.2. Modelação numérica

Apresentam-se em seguida os principais resultados da análise em Estados Limite Últimos e Estados

Limite de Utilização das lajes em estudo, tendo por base as secções, ações e combinação de ações

descritas anteriormente. Do mesmo modo, também são apresentadas as cargas máximas

admissíveis para cada um dos painéis.

4.2.1. CRIPTOLAM F210

Recorde-se que no caso do painel CRIPTOLAM F210, as cargas admitidas para os cálculos são:


Carga permanente: 50 kg/m2 (correspondente às paredes divisórias);


Sobrecarga: 200 kg/m2 (admitindo uma utilização de habitação).

A título de exemplo, na Figura 18 apresentam-se os diagramas de esforços atuantes dos momentos

flectores (ME,d) e esforço transverso (VE,d) para o painel CRIPTOLAM F210 para um vão livre de 6

metros e nas Figuras 19 e 20 apresentam-se as correspondentes deformadas instantânea e final,

respetivamente.

Estados Limite Últimos (Psd= 1.35G + 1.5Q)

ME,d= 11.382 kN.m

VE,d = 7.587 kN

Figura 18: Valores atuantes do Momento fletor e esforço transverso para o caso do CRIPTOLAM

F210 com um vão de 6 metros

Estados Limite de Utilização

Flecha instantânea (Combinação característica Psd=G+Q)

winst,d= 15.1 mm

Figura 19: Flecha instantânea para o caso do CRIPTOLAM F210 com um vão de 6 metros

Flecha final (Combinação quase-permanente Psd=1.8G+1.24Q)


wfinal,d= 22.4 mm

Figura 20: Flecha final para o caso do CRIPTOLAM F210 com um vão de 6 metros

Como seria expectável, é o Estado Limite de Deformação que condiciona o dimensionamento do

painel CRIPTOLAM F210. Na verdade, a capacidade resistente do painel é superior às limitações

impostas pela verificação dos valores máximos das flechas admissíveis. Por outro lado, esta

conclusão é reconfortante uma vez que demonstra que a segurança destes painéis dificilmente será

colocada em causa. Na Tabela 6 apresentam-se os valores para a carga máxima admissível para o

painel CRIPTOLAM F210 impostos pela verificação do Estado Limite de Deformação, assumindo

valores limite de L/300 e L/200. De notar que na verificação da deformação, assumiu-se ainda uma

verificação extra de limitar a flecha instantânea a L/360 de modo a reduzir o risco de vibrações.

Tabela 6 – Valores para as cargas permanentes máximas admissíveis no caso do painel

CRIPTOLAM F210 considerando Q = 200kg/m2

Limite \ Vão [m] 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

L/300 650 400 240 130 55 - - - -

L/200 1000 640 400 235 120 40 - - -

Considerando que o painel será utilizado para aplicações referentes a habitação, a sobrecarga a

considerar será de 200kg/m2. Deste modo, conclui-se que o painel não deverá ser aplicado para

vãos superiores a 6 metros (ver Tabela 6).

4.2.2. ISOLAM R230

No caso do painel ISOLAM R230, foi solicitado a verificação de duas situações: a) o painel

simplesmente apoiado e b) a colocação do painel com uma consola livre de 1 metro. De recordar

novamente que no caso do painel ISOLAM R230 que as cargas admitidas para os cálculos são:


Carga permanente: 50 kg/m2 (correspondente às telhas cerâmicas);

Sobrecarga: 40 kg/m2 (admitindo uma cobertura não acessível);


Ação da Neve: 110 kg/m2 (admitindo uma localização comum para trabalhos da empresa

em França).

A título de exemplo, na Figura 21 apresentam-se os diagramas de esforços atuantes dos momentos

flectores (ME,d) e esforço transverso (VE,d) para o painel ISOLAM R230 para um vão livre de 6 metros

e nas Figuras 22 e 23 apresentam-se as correspondentes deformadas instantânea e final,

respetivamente.

Estados Limite Últimos (Psd= 1.35G + 1.05Q + 1.5Qneve)

ME,d= 3.102 kN.m

VE,d = 2.068 kN

Figura 21: Valores atuantes do Momento flector e esforço transverso para o caso do

ISOLAM R230 com um vão de 6 metros


Flecha instantânea (Combinação característica Psd=G+Q+Qneve)

winst,d= 9.4 mm

Figura 22: Flecha instantânea para o caso do ISOLAM R230 com um vão de 6 metros


Flecha final (Combinação quase permanente Psd=1.8G+0.94Q+1.16Qneve)

wfinal,d= 12.3 mm

Figura 23: Flecha final para o caso do ISOLAM R230 com um vão de 6 metros

Na Tabela 7 apresentam-se os valores para a carga máxima admissível para o painel ISOLAM R230

impostos pela verificação do Estado Limite de Deformação, assumindo valores limite de L/300 e

L/200.

Tabela 7 – Valores das cargas permanentes máximas admissíveis [kg/m2] no caso do painel

ISOLAM R230 considerando Q = 40kg/m2 e Qneve = 110kg/m2

Limite \ Vão [m]

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

L/300 650 550 375 250 160 95 50 10 -

L/200 700* 650* 550* 375 245 150 80 25 -

* Limitação imposta pelo Estado Limite Último à Flexão

Considerando que o painel ISOLAM R230 é normalmente utilizado considerando ações de

Q = 40kg/m2 e Qneve = 110kg/m2, é possível concluir-se que o painel dificilmente vencerá vãos livres

superiores a 7 metros.

4.2.3. ISOLAM R230 (cobertura de 6.0m + 1.0m de consola)

Estados Limite Últimos (Psd = 1.35G + 1.05Q + 1.5Qneve)

ME,d + = 2.931 kN.m; ME,d - = 0.345 kN.m


VE,d = 2.126 kN

Figura 24: Momento atuante e esforço transverso para o caso do ISOLAM R230 com 1.0 m de

consola


Flecha instantânea (Combinação característica Psd=G+Q+Qneve)

winst,d = 4.4 mm na consola e 8.8 mm a meio vão da viga sobre dois apoios

Figura 25: Flecha instantânea ISOLAM R230 com 1.0 m de consola

Flecha final (Combinação quase permanente Psd=1.8G+0.94Q+1.16Qneve)

winst,d = 6.1 mm na consola e 12.2 mm a meio vão da viga sobre dois apoios

Figura 26: Flecha final ISOLAM R230 com 1.0 m de consola

Na Tabela 8 e Tabela 9 apresentam-se os valores para a carga máxima admissível para o painel

ISOLAM R230 com consola livre impostos pela verificação do Estado Limite de Deformação,

assumindo valores limite de L/300 e L/150 para o vão apoiado e consola livre, respetivamente.



ISOLAM R230 considerando Q = 40kg/m2 e Qneve = 110kg/m2 com consola livre

Consola [m] \ Vão [m] 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

1.0m 650 435 250 145 75 25 -

1.5m 700 600 435 240 125 55 -


ISOLAM R230 considerando Q = 40kg/m2 e Qneve = 60kg/m2 com consola livre de 1 metro

Consola [m] \ Vão [m] 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

1.0m 700 465 290 180 110 60 25

Considerando as ações consideradas nas Tabelas 8 e 9, é possível concluir que o painel não deverá

ser utilizado para vãos livres superiores a 6 metros quando a ação da neve é elevada, sendo

possível ir para vãos até 6,5 metros quando a neve é moderada (60kg/m2).

5. Verificações adicionais

Apresentam-se de seguida as verificações adicionais, nomeadamente referente à cantoneira

metálica de suporte à laje CRIPTOLAM F210 e ao apoio de viga de cumeeira nas paredes W180 e

W90, tendo por base os resultados da campanha experimental e modelação numérica descritas

acima.

5.1. Cantoneira metálica

Dada a constituição da cantoneira, as condições de suporte e as ações aplicadas na mesma, importa

analisar a secção da chapa horizontal. Na Figura 27 ilustra-se a cantoneira em estudo e na Tabela

10 apresentam-se os resultados obtidos na sua verificação à segurança.

Figura 27: Cantoneira metálica de suporte à laje de piso CRIPTOLAM


Tabela 10 – Verificação de segurança da cantoneira metálica de suporte à laje CRIPTOLAM F210

Valores resistentes VRd (kN)

Vão (m)

Valores atuantes

Espessura das chapas [mm] 1.35G (35+50) +1.5Q (200) Admissível (Tabela 6)a)

e=10 e=8 e=6 Carga (kg/m2)

VEd (kN)

Carga (kg/m2)

VEd (kN)

22.14 14.17 7.97 4.0

415

5.05 1177 12.67

4.5 5.68 840 10.46

5.0 6.31 624 8.92 5.5 6.94 475 7.77 6.0 7.57 b) 374 6.96 6.5 - 189 4.51

7.0 - 128 3.86

7.5 - 88 3.38

8.0 - 54 2.97 a) Considerando um limite de L/300; b) Considerando um limite de L/200

Como facilmente se pode concluir, a cantoneira verifica a segurança para todos os vãos admitidos

para o painel CRIPTOLAM F210 (até 6 metros) com uma espessura de 6 mm. Na Tabela 10

apresenta-se ainda, a título de curiosidade, os valores máximos possíveis de aplicar para os

diferentes vãos que o painel poderá apresentar (até 8 metros) e os correspondentes valores

atuantes na cantoneira.

5.2. Apoio de viga de cumeeira nas paredes W180 e W90

Uma possível limitação do sistema construtivo desenvolvido, poderá residir no apoio das vigas de

cumeeira nas paredes W180 e W90. Na verdade, a resistência à compressão perpendicular às fibras

da madeira utilizada é baixa bem como é reduzida área de apoio/contacto. Na Tabela 11

apresentam-se as cargas máximas admissíveis no caso do apoio das vigas de cumeeira nas

paredes W90 e W180, considerando as duas classes de qualidade previstas pela norma

NP4544:2015 para a madeira de criptoméria, bem como a indicação do valor mínimo obtido nos

ensaios de compressão perpendicular às fibras da madeira de Criptoméria. De referir que o valor

mínimo obtido nos ensaios realizados é superior ao valor de cálculo proposto pela norma para a

classe de qualidade mais alta (CYS I) o que reforça a confiança nos cálculos aqui apresentados.


Tabela 11 – Cargas máximas admissíveis para o apoio das vigas de cumeeira nas paredes do

sistema construtivo

Classe de Qualidade

Dados CYS II CYS I Valor característico de resistência à compressão perpendicular às fibras fc,90,k (MPa)

1.80 2.20

Valor de cálculo de resistência à compressão perpendicular às fibras fc,90,d (MPa)

1.25 1.52

Valor mínimo encontrado nos ensaios CD_DCC fc,90 (MPa) 1.60

Carga máxima admissível nas Paredes W180 (kN) 15.95 19.50

Carga máxima admissível nas Paredes W90 (kN) 7.98 9.75

5.3. Resistência à compressão no plano das paredes W180

Considerando as duas classes de qualidade previstas pela norma NP4544:2015 para a madeira de

criptoméria, de seguida na Tabela 11 apresentam-se os valores para aas cargas máximas

admissíveis a considerar para as paredes W180.

Tabela 12 – Cargas máximas admissíveis para as paredes W180

Classe de Qualidade

Dados CYS II CYS I Valor característico de resistência à compressão perpendicular às fibras fc,90,k (MPa)

1.80 2.20

Valor de cálculo de resistência à compressão perpendicular às fibras fc,90,d (MPa)

1.25 1.52

Carga máxima admissível nas Paredes W180 (kN/m) 99.65 121.85

6. Conclusões

O presente relatório foi efetuado tendo por base todos os elementos escritos, peças desenhadas,

análise experimental da unidade ISOLAM W180 e a modelação numérica dos painéis ISOLAM R230

e CRIPTOLAM F210.

Numa primeira fase, procedeu-se à avaliação experimental da unidade ISOLAM W180. Para tal

foram analisadas as ligações coladas que materializam a secção externa da unidade, o efeito do

seu preenchimento com ICB, e por fim, a ligação vertical denteada entre unidades.

Os ensaios ao corte SC e CC, sobre a secção externa da unidade, apresentaram valores de tensões

homogéneos tendo a rotura sucedido sempre no lado da madeira. O mesmo tipo de rotura foi

verificado no caso dos provetes ACC. No entanto, é importante salientar que, quando comparadas


com as tensões dos provetes SC e CC foram obtidas diferenças de 17.23% e 23.65%,

respetivamente.

No que diz respeito aos provetes realizados na unidade ISOLAM W180, os mesmos conduziram às

seguintes conclusões:

nos provetes CP_SC e CP_CC, dados como a situação mais desfavorável pelo

carregamento das cargas (apenas no elemento interno do tronco), como era esperado, a

rotura ocorreu sempre na ligação madeira-madeira. No entanto, aquando do preenchimento

da unidade com ICB, é possível afirmar-se que este não apresenta qualquer benefício

estrutural;

para os provetes CD_SC e CD_CC, com a mesma secção que CP_SC e CP_CC, em que

a única diferença é relativa à área de aplicação da carga (área total do topo), observou-se

um incremento da capacidade resistente. Relativamente à existência do enchimento com

ICB, também estes não apresentaram acréscimo de resistência (diferença de 1.41%).

por fim, para os provetes que já apresentavam a ligação denteada de dois elementos

sobrepostos (CD_DSC e CD_DCC), para a mesma situação de carregamento que os

provetes CD_SC e CD_CC, obtiveram-se menores valores de resistência, quando

comparados com os provetes que não apresentam a ligação denteada. Neste contexto, é

importante referir, que a presença do ICB resultou num incremento da resistência de

24.70%. Relativamente à rotura dos provetes, nos CD_DSC observou-se encurvadura

enquanto que nos CD_DCC a rotura ocorreu na ligação denteada nas extremidades dos

elementos.

Por outro lado, foi realizada uma modelação numérica, utilizado um software de elementos finitos,

Dlubal RFEM, analisando o comportamento mecânico dos painéis ISOLAM R230 e

CRIPTOLAM F210. O objetivo passou pela definição de uma tabela de apoio ao projetista para a

definição das cargas máximas admitidas por cada um dos painéis nas situações mais

representativas. Na prática é a verificação do estado limite de deformação que limita a utilização

dos painéis. O painel CRIPTOLAM F210 vence vãos até 6 metros e o painel ISOLAM R230 poderá

vencer vãos livres de 6 metros, considerando uma consola até 1,5 metros.

No que diz respeito a verificações adicionais, os resultados obtidos na verificação da cantoneira

metálica permitiram concluir a segurança para todos os vãos admitidos para o painel

CRIPTOLAM F210 (até 6 metros) com uma espessura de 6 mm. É importante notar que os valores

de tensões resistentes usados nas verificações, foram aqueles apresentados pela NP4544:2015,

que são inferiores aos obtidos em laboratório nos ensaios realizados para a caracterização da

madeira de criptoméria.

Por fim, recomenda-se que no cálculo das paredes W180, na verificação da sua capacidade de

carga no plano, seja adotado o valor de cálculo da tensão de compressão perpendicular às fibras


da madeira de criptoméria definida pela NP4544:2015, tendo em conta que os valores experimentais

obtidos foram sempre superiores, com um coeficiente de segurança aceitável, relativamente aos

valores da norma.

Realizou, Realizou/Verificou,

(Eng.º Filipe Matos) (Prof. Jorge M. Branco)

avaliação experimental da unidade isolam w180 e …...figura 1: unidade isolam w180. vista geral e...

Documents